CVI法制备连续纤维增韧陶瓷基复合材料

在连续纤维增韧陶瓷基复合材料制备领域，ＣＶＩ法是目前已经实用并成为商品化的方法，这种方法能在较低温度了制备出形状复合，近尺寸和纤维体积分数高的陶瓷基复合材料，并能实现微观尺度上的成分设计，ＣＶＩ的最基本问题是物质的传输和化学反应动力学，纤维和基本间的界面，是影响复合材料力学性能的关键，本文旨在从ＣＶＩ的基本理论，方法和影响复合材料力学的因素出发，以国内外有关研究的水平及现状进行了分析。     

三维针刺C/SiC摩擦材料的拉伸性能

通过化学气相渗透法(CVI)结合反应熔体浸渗法(RMI)制备了低成本、高性能的三维针刺C/SiC摩擦材料,并对材料的组织结构、拉伸行为以及拉伸后的微结构进行了分析和研究。结果表明,材料由C、Si以及SiC等三种物相组成,密度约为2.1g/cm3,开气孔率约为4.4%;材料的拉伸强度约为114MPa～154MPa,弹性模量约为40GPa～63GPa;具有类似于金属的“塑性”,其增韧机理主要有纤维拔出、界面脱粘、裂纹偏转、纤维桥联以及裂纹分叉等。     

C/SiC-(W-C)复合材料的制备及烧蚀性能

采用化学气相渗透(CVI)结合溶液浸渍法制备3D-C/SiC-(W-C)多元基复合材料,利用XRD、SEM技术对材料烧蚀前后的物相组成及微观结构进行表征,并讨论了复合材料的烧蚀性能.结果表明,3D-C/SiC-(W-C)复合材料的主要成分为WC、W、SiC和C,而烧蚀表面的主要成分为WO3、w和SiC.W-C不仅渗入纤维束间,还渗入到纤维束内.制得的C/SiC-(W-C)复合材料密度为3.3g/cm3,开气孔率为11%,其线烧蚀率和质量烧蚀率分别为4.3×10-2mm/s和7.2×10-3g/s.     

炭/碳化硅复合材料在高温燃气环境中的铰链传动与摩擦行为

采用化学气相渗透法(CVI)制备了二维炭纤维增强碳化硅(C/SiC)全陶瓷基复合材料铰链试样. 高温燃气风洞实现了铰链试样在1800℃高温氧化气氛中传动与摩擦行为的试验模拟. 基于耦合应力等效模拟系统的开发, 采用摩擦力矩的变化表征材料的传动与摩擦行为. 对比分析了材料在室温与高温下以传动为背景的高载荷、低转速摩擦磨损行为及机理. C/SiC复合材料铰链试样在高温燃气环境中稳定的摩擦力矩和对滑动时间的不敏感, 验证了材料在高温下更稳定、更可靠的高温摩擦性能及热承载能力. 高温下表面生成的氧化反应膜通过应力的重新分布起到有效的保护与润滑作用.     

挤压态6082铝合金热加工图及显微组织研究

用Gleeble3500热模拟试验机对挤压态6082铝合金进行等温恒应变率压缩试验,变形温度为350～500℃,应变率为0.01～7.5 s-1,获得不同变形条件下的真应力-真应变曲线,建立本构方程和热加工图,并对不同条件下显微组织进行分析.结果表明:挤压态6082铝合金为正应变率敏感材料,该材料热变形软化机制主要为动态回复,热变形失稳主要是析出相聚集导致局部流变失稳,计算得到该合金的热变形激活能为175.17 kJ/mol,安全加工区主要分布在375～500℃,0.001～0.5 s-1,随应变增加安全加工区变化很小.     

原位自生(Ti5Si3+TiBw)/TC11复合材料组织与力学性能

基于热力学计算和Hashin-Shtrikman理论,结合球磨和热等静压方法,制备出原位自生增强体呈准连续网状分布的(Ti₅Si₃+TiB_w)/TC11复合材料。结果表明：(Ti₅Si₃+TiB_w)/TC11复合材料由α-Ti、β-Ti、Ti₅Si₃和TiB_w相组成;TC11基体由片状α相和β相组成,为魏氏组织;原位自生的TiB_w呈准连续网状分布于TC11基体周围;Ti5Si3增强相一部分分布在TiBw附近,一部分分布在β-Ti内,Ti₅Si₃的形成主要经历原位自生、高温固溶和脱溶析出等过程。对(Ti₅Si₃+TiB_w)/TC11复合材料力学性能分析表明,与TC11基体相比,(4Ti₅Si₃+5TiB_w     

化学气相浸渗2D Cf/(SiC-C)复合材料的微观结构与强韧性

采用等温等压化学气相浸渗法(ICVI)制备了二维碳纤维增韧碳化硅碳二元基复合材料(2D C_f/(SiC-C)).利用扫描电镜(SEM)和背散射电子成像(BSE)研究了其基体的微观结构, 并与二维碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料(2D C_f/SiC)比较了室温力学性能和断口形貌.结果表明：2D C_f/(SiC-C)复合材料的基体是由SiC与热解碳(PyC)组成的多层结构, PyC基体层分布均匀而连续, 且与SiC基体层结合紧密.纤维束内部PyC基体层较厚的2D C_f/(SiC-C)复合材料具有较高的强韧性, 其拉伸强度、断裂应变、断裂韧性和断裂功分别比2D C_f/SiC复合材料的提高了3%、142%、22%和58%.SiC与PyC组成的多层基体使2D C_f/(SiC-C)复合材料的纤维在拔出过程中发生了两次集中拔出, 且第一次集中拔出的纤维对复合材料的强韧性起主要作用.     

溶液浸渍还原法制备C/SiC-Cu复合材料

提出了用CuCl₂ 溶液浸渍还原法制备C/ SiC-Cu 复合材料的新工艺。对还原工艺进行了初步探讨; 用XRD、EDS、SEM 研究复合材料的微观形貌及组成; 用三点弯曲测定C/ SiC-Cu 复合材料的弯曲强度。结果表明:影响增重率的主要因素为C/ SiC 原料的气孔率和浸渍还原次数。Cu 在复合材料中呈颗粒状或块状, 它不仅渗入到纤维束间, 还渗入到纤维间的微孔中。Cu 的渗入对C/ SiC 复合材料的三点弯曲强度基本无影响。      

高性能C/SiC刹车材料及其优化设计

对比分析了 C/ C和 C/ SiC刹车材料的力学性能和摩擦磨损性能。结果表明 , C/ SiC刹车材料的力学性能比 C/ C的高 , 而且 C/ SiC刹车材料克服了 C/ C静态摩擦系数低和湿态摩擦性能严重衰减的不足 , 说明 C/ SiC刹车材料是一种新型高性能刹车材料。以 C/ C复合材料为基础 , 在深入分析机轮刹车盘服役环境特点的基础上探讨了 C/ SiC刹车材料的力学性能、 热物理性能、 摩擦磨损性能、 复合材料结构和制造工艺等方面的优化设计途径和方法 , 为实现材料微结构2力学性能2摩擦磨损性能的协同设计与制造奠定基础。      

丙烯化学气相沉积热解碳的动力学研究

以丙烯为碳源, 利用磁悬浮天平热重系统研究了化学气相沉积热解碳的原位动力学, 采用气质联用仪对热解气相冷凝物进行了定性和半定量分析. 结果表明: 当稀释比为4, 总压力为6kPa, 丙烯流量为20sccm时, 丙烯在850～1100℃之间的热解反应表观活化能为(201.9±0.6)kJ/mol, 沉积过程为气相均相反应控制, 高温时冷凝物以单环芳烃为主, 低温时主要为双环和多环芳烃; 在900和1000℃下, 丙烯分压在0.3～6.5kPa范围内的热解为一级反应; 由于受有效反应时间和丙烯通量的共同作用, 沉积速率随滞留时间的延长先增大后减小, 在900℃下滞留时间为0.6s时出现最大值.